Titre de l'écran-titre (visionné le 29 février 2024) / Le phosphore (P) est un élément nutritif important pour la croissance des plantes. Cependant, les applications excessives du P dans les sols agricoles peuvent augmenter le risque de perte de cet élément par ruissellement de surface et contribuer à l'eutrophisation des cours d'eau. Ainsi, la gestion durable du P dans les sols de grandes cultures repose sur une fertilisation équilibrée entre la disponibilité en P du sol et la demande réelle du P des plantes. Il est donc important d'avoir une meilleure compréhension de la variabilité spatiale (VS) du P disponible pour les cultures, afin d'améliorer l'utilisation économique et rationnelle des engrais phosphatés, de promouvoir la rentabilité et la durabilité de l'entreprise agricole, tout en réduisant les pertes de P dans l'environnement. L'objectif général de cette thèse de doctorat a été d'évaluer la VS de la disponibilité du P des sols sous différents systèmes culturaux [ancienne prairie (AP) vs jeune prairie (JP)] et pratiques culturales [travail conventionnel (TC) vs semis direct (SD)] à l'aide d'outils statistiques et géostatistiques à des fins de recommandations agroenvironnementales. Pour répondre aux objectifs de la thèse, quatre champs en cultures commerciales ont été utilisés dont deux situés dans la région de Chaudière-Appalaches et les deux en Montérégie (province du Québec). Deux sols de la région de Chaudière-Appalaches, un sous jeune prairie (JP; 2.4 ha; 2 ans) et un sous ancienne prairie (AP; 2.5 ha; 10 ans sous pâturage permanent), classés comme podzols humo-ferriques, ont reçu des amendements organiques (fumier, lisier de bovin). Les résultats ont révélé un indice de saturation en P (ISP, (P/Al)$_\textup{M3}$) moyen de 3 % dans les deux couches (0-5 cm et 5-20 cm) sous JP contre 7 % dans la couche 0-5 cm et 4 % dans la couche 5-20 cm sous AP, suite à des applications à long terme de fumier. Pour les deux champs sous prairies (JP et AP), nous avons observé une intensité élevée de la variabilité du P (CV > 50 %) et une structure spatiale modérée (25-75 %). Les applications répétées de fumier et lisier de bovin peuvent avoir un impact à long terme sur l'accumulation de P du sol, réduisant ainsi la variabilité et la dépendance spatiales du P dans les prairies permanentes. En raison de la stratification de P observée, une stratégie d'échantillonnage du sol axée sur la couche 0-5 cm doit être retenue dans les prairies permanentes (AP) pour des recommandations durables d'engrais P dans les sols de la Province du Québec. De plus, cette étude a examiné les impacts du travail du sol sur la variabilité spatiale du P disponible de deux champs commerciaux en rotation maïs-soja depuis 20 ans, notés TC (10,8 ha) et SD (9,5 ha), à des fins d'amélioration des recommandations d'engrais phosphatés dans la région de Montérégie. Les résultats ont montré que la variabilité du P disponible du sol des deux champs allait de modérée à très élevée (32-60 %) sous TC et SD. Un ISP moyen de 3 % a été mesuré dans les deux couches sous TC, contre 8 % dans la couche 0-5 cm et 6 % dans la couche 5-20 cm sous SD. Les relations entre les indices de P et les autres propriétés physico-chimiques (CT, Fe$_\textup{M3}$, pH$_\textup{eau}$, Ca$_\textup{M3}$) différaient selon les pratiques de travail du sol. Cette étude a démontré l'importance de l'application à taux variable (ATV) à des fins d'amélioration des recommandations d'engrais P dans la Province du Québec. Par ailleurs, la délimitation des zones d'aménagement (ZAs) a été réalisée dans le champ sous SD (9,5 ha). Cette délimitation des ZAs est basée sur la relation conductivité électrique apparente (CEa)-P du sol afin de réduire la variabilité spatiale du P du sol pour des recommandations d'engrais P spécifiques au champ. Les données de la CEa (CEa₃₀; CEa₁₀₀) ont été mesurées sur deux profondeurs (0-30; 0-100 cm) à l'aide du Veris. Les ZAs ont été délimitées à l'aide de la méthode ISODATA selon trois stratégies de délimitation : mesures de l'ISP, mesures de la CEa, ou mesures combinées de l'ISP+CEa. Les résultats ont montré que l'ISP moyen était de 7,9 % sous SD. La variabilité du P du sol était modérée (32-36 %), indiquant qu'une recommandation uniforme d'engrais P ne peut pas être appliquée au champ. Les valeurs moyennes de CEa₃₀ et CEa₁₀₀ étaient respectivement de 15,8 et 32,6 mS m$^\textup{-1}$. Une corrélation significative entre la CEa₃₀ et le P du sol (0,22-0,23) a été observée. La délimitation en deux-trois ZAs à l'aide de mesures de l'ISP a généré les réductions plus importantes en P (40-74 kg P₂O₅), représentant ainsi la meilleure stratégie agronomique de délimitation des ZAs. Cette étude a mis en évidence le potentiel de réduction de la variabilité spatiale du P du sol, à l'aide de la stratégie de délimitation des ZAs, réduisant les pertes en P sous SD. Ainsi, l'ATV a généré 366 kg P₂O₅, tandis que la délimitation en deux-trois ZAs a généré 306 et 341 kg P₂O₅ dans le champ sous SD, soit des gains respectifs de 60 et 25 kg P₂O₅ comparativement à l'ATV dans la culture du maïs-grain. Par conséquent, la stratégie de délimitation en deux-trois ZAs a semblé plus efficace comparativement à l'ATV en termes de gain en P₂O₅ dans ce champ. Globalement, les résultats de cette thèse ont démontré l'importance de la prise en compte de la VS du P à des fins de gestion spécifique du P, pour une réduction des pertes en P dans les sols sous grandes cultures en agriculture de précision. / Phosphorus (P) represents an important soil nutrient for plant growth. However, excess P applications in agricultural soils relative to crop requirements may increase P loss risk through runoff, contributing to water eutrophication. Thus, field-scale sustainable management of soil P should be based on balanced fertilization between soil P supply and P real demand from crop requirements. Therefore, it is important to have a better understanding of spatial variability of soil available P under intensive managed crops, aiming to improve economic and rational use of P fertilizers, to promote profitability and sustainability of agricultural companies, while reducing P losses in the environment. The main goal of this PhD dissertation was to evaluate spatial variability of soil available P under contrasted crops [old grassland (OG) vs young grassland (YG)] and tillage systems [conventional (CT) vs no-tillage (NT)] using statistical and geostatistical tools, aiming to provide agrienvironmental recommendations. To reach the goals of this PhD dissertation, four commercial fields were used. Two fields were located in Chaudière-Appalaches region and two other in Montérégie region (Eastern Canada). Thus, the study aimed to investigate the field-scale variability of soil-test P (STP) under two contrasting grassland fields in Chaudière-Appalaches region using descriptive statistics and geostatistics for accurate recommedations on soil sampling strategy and sustainable approaches to P management. A young grassland (YG; 2 years) and an old grassland (OG; 10 years under permanent pasture) were classified as humo-ferric podzol and received organic fertilizers. Soil samples were collected in 16-m by 16-m triangular grids at two depths (0-5 and 5-20 cm). Results showed a P saturation index (PSI, (P/Al)$_\textup{M3}$) mean value of 3% in both YG soil layers (0-5 cm and 5-20 cm) against 7% in OG 0-5 cm layer and 4% in OG layer 5-20 cm, owing to long-term manure applications. Variability of soil P was high (CV > 50%) and spatial structure of soil P was moderate (25-75%) under both contrasted fields. Repeated applications of cattle and slurry manure may have a long-term impact on soil P accumulation, thereby reducing spatial variability and dependence of soil P under permanent grasslands. Owing to P stratification, a soil sampling strategy focused on 0-5 cm layer should be retained under permanent grasslands (OG) for sustainable P fertilizer recommendations in Eastern Canada. Moreover, the study examined tillage impacts on spatial variability of soil-available P, in two commercial fields under 20 years maize-soybean rotation, denoted CT (10.8 ha) and NT (9.5 ha), aiming to improve P fertilizer recommendations in Eastern Canada. Blends of NPK fertilizers were applied to the soils (Humic Gleysols) following local recommendations. Results showed that the variability of soil available P ranged from moderate to very high (32-60%) under CT and NT. The mean PSI value was 3% under both CT layers, against 8% and 6% under the 0-5 cm and 5-20 cm NT layers, respectively. Relationships between P indices and other soil chemical properties (TC, Fe$_\textup{M3}$, pH$_\textup{water}$, and Ca$_\textup{M3}$) differed between contrasted tillage practices. This study highlighted the importance of variable rate application (VRA) to improve P fertilizer recommendations in Eastern Canada. Furthermore, delineating management zones (MZs) was performed within the 9.5 ha NT field. This MZ delineation approach was based on apparent electrical conductivity (ECa)-soil P relationship, aiming to reduce spatial variability of soil P for predicting field-specific P fertilizer recommendations. The ECa data (ECa₃₀; ECa₁₀₀) were measured at two soil depths (0-30; 0-100 cm) using Veris system. The MZs were delineated using ISODATA method following three delineation strategies: ISP, ECa, and combined ISP+ECa measurements. Results showed that mean ISP value was 7.9% under NT field. Variability of soil P was moderate (32-36%), indicating that uniform P fertilizer recommendation cannot be applied in the field. The ECa₃₀ and ECa₁₀₀ mean values were 15.8 and 32.6 mSm$^\textup{-1}$, respectively. A significant correlation between ECa₃₀ and soil P (0.22-0.23) was observed. Delineating the field into two-three MZs using ISP measurements generated the highest P reductions (40-74 kg P₂O₅), thus representing the best agronomic strategy for delineating MZs. This study highlighted the importance of using MZ delineation strategy to reduce the spatial variability of soil P, decreasing P fertilizer applications and P losses under the NT field. Thus, VRA agronomy strategy generated 366 kg P₂O₅ , while delineation strategy into two-three MZs generated 306 and 341 kg P₂O₅, respectively under the NT field. This represented 60 and 25 kg P₂O₅ reductions compared to the VRA under corn-grain NT field. Therefore, delineation strategy into two-three MZs seemed more effective compared to VRA strategy in terms of P₂O₅ reduction in this field-scale. The results of this PhD dissertation demonstrated the importance for taking into account the spatial variability of soil P for field-specific P management, aiming to reduce P losses under large crop fields in precision agriculture.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/136585 |
| Date | 01 March 2024 |
| Creators | Nze Memiaghe, Jeff Daniel. |
| Contributors | Karam, Antoine, Cambouris, Athyna Nancy |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xx, 186 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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